Slayt 1

NANOTEKNOLOJĠ VE UYGULAMALARI
AraĢ. Gör. Yasemin BOZKAYA
Anadolu Üniversitesi
Ġleri Teknolojiler AraĢtırma Birimi
26.11.2006
Nanoteknoloji Nedir? - 1
 Nanometre
ölçeğindeki
malzemelerin
tasarımı,
üretimi,
montajı,
karakterizasyonu
ve
bu
malzemelerden elde edilmiĢ minyatür fonksiyonel
sistemlerin uygulamalarını inceleyen ve hızla geliĢen
disiplinler arası araĢtırma-geliĢtirme faaliyetlerinin
tümünü temsil etmektedir.
 Atomik ve moleküler boyutlardaki yapıların ticari bir
amaca hizmet edebilecek Ģekilde düzenlenmesidir.
ATOM - 1
Atomlar, atomaltı parçacıklardan oluĢur:
Elektron: (-) yüklüdür
Proton: (+) yüklüdür, kütleleri elektronunkinin yaklaşık 1839 katıdır.
Nötron: yüksüzdür.
Animasyon: http://www.micromountain.com/sci_diagrams/at_struct/at_struct_pages/naanim.html
ATOM - 2
Bir atomun çapı yaklaĢık olarak 1 Angstrom = 0,1 nm mertebesindedir.
ATOM - 3
Atomlar, boyutlarının görünür ıĢığın dalga boyundan çok küçük olması
sebebiyle optik mikroskoplarla görüntülenemezler. Atomik düzeyde
çözünürlük elde edebilmek için elektron mikroskopları (geçirimli elektron
mikroskobu), taramalı uç mikroskopları vb. kullanılmaktadır.
Ġki veya daha fazla atom birbirine bağlanarak
molekülleri oluĢtururlar.
Nanoboyut
Mikroboyut
Makroboyut
www.ostp.gov/nstc/html/iwgn/IWGN.Public.Brochure/ IWGN.Nanotechnology.Brochure.pdf
Nanoteknoloji Nedir? - 2
 Moleküler boyutta sistemler üreterek daha büyük sistemleri
kontrol etmek (Bottom-Up Approach)
Ya da,
 Moleküler boyutta çalıĢan çok yüksek oranda küçültülmüĢ
makinalar yaratma bilimi (Top-Down Approach)
NANOTEKNOLOJĠ
• 0,1 - 100 nm
• Atom diziliĢini değiĢtirerek ideal özelliklere sahip bir malzeme
yaratma düĢüncesi
• Nano-ölçekte sergilenen sihirli özellikler
• Nano boyutlarda ortaya çıkan yeni özellikleri makro boyutlardaki
özelliklerden tahmin etmek mümkün değildir!
CdSe nanoparçacıklar, morötesi
ıĢıkla aydınlatıldığında, boyutlarına
bağlı olarak farklı renklerde ıĢıma
yaparlar.
Nanoteknolojinin Amaçları:
 Nanometre
ölçekli
yapıların
analizi,
 Nanometre boyutunda yapıların
fiziksel özelliklerinin anlaĢılması,
 AlıĢılandan
farklı
ve
üstün
özellikleri/üretim
malzeme
süreçlerinin elde edilmesi
 Daha dayanıklı, daha hafif, daha
hızlı yapılar
 Daha
kullanımı
az
malzeme
ve
enerji
Toplumsal ve etik açıdan bakıĢ,
• Çevre
dostu toplum
• Sürekli gelişen toplum
• Güvenli ve güvenilir toplum
• Kaynakların etkin Ģekilde kullanılması
• Çevre kirliliğinin azaltılması ve yok edilmesi
• Enerji sıkıntısı probleminin ortadan kaldırılması
• Hastalıkların erken teĢhisi
Nanoteknoloji Disiplinlerarası Bir Bilim Dalıdır
Malzeme
Bilimi
(Hafif ve kuvvetli
malzeme)
Matematik
(Modelleme)
Fizik
Elektronik
(Teorik Öngörü)
(Nano elektronik)
NANOTEKNOLOJİ
Bilgisayar
Kimya
(Kuantum
bilgisayar)
(Seçici depolama)
Eczacılık,
Tıp
Biyoloji
(Yapay kemik)
(Biyosensörler)
MS 4. Yüzyılda Nanoteknolojik Uygulamalar
MS 4. yy, Roma dönemine ait Lycurgus Kupası, British Museum
Cam kupaya nano-boyutta ilave edilen katkılar (altın partikülleri)
nedeniyle kupa farklı ıĢık koĢullları altında kırmızı veya yeĢil renge
dönüĢmektedir.
Nanoteknolojinin GeliĢimi - 1
 1959, Richard P. Feynman, “There is Plenty of Room at the Bottom” adlı
konuşmasında herşeyi küçük bir ölçekte yönlendirme ve denetleme
düşüncesini dile getirdi.
(Feynman, bir sayfayı boyutunun 1/25.000'ine küçültecek ve bir elektron
mikroskobuyla hâlâ okunabildiğini gösterecek ilk kişiye 1000 $ vermeyi vaat etti.
Stanford'da Tom Newman adlı bir lisansüstü öğrencisi 1985'te bir elektron ışınını
kullanarak, Charles Dickens'in İki Şehrin Hikâyesi romanının ilk sayfasını özgün
boyutunun 1/25.000'i ölçeğinde bir topluiğne başına yazdı. Topluiğneyle ve
çalışmasını destekleyici kanıtlarla birlikte bir paket hazırladı ve postayla
Feynman'a gönderdi. Feynman iki hafta içinde bir çekle buna karşılık verdi).
Nanoteknolojinin GeliĢimi - 2
 80’ lerde geliĢtirilen taramalı tünelleme mikroskobu ve atomik
kuvvet mikroskobu ile nano skalada ölçüm ve modelleme yapılması
mümkün oldu.
 1986, Binnig ve ark., Taramalı Tünelleme Mikroskobu, Nobel
Fizik Ödülü !
 90’ ların baĢı, Richard Smalley öncülüğündeki araĢtırmacılar,
‘fullerene’ moleküllerini keĢfettiler, 1996 Nobel Kimya Ödülü.
 1991 yılında Sumio Iijima karbon nanotüpleri keĢfetti.
 Nanoteknoloji kelimesini ilk kez Eric Drexler ortaya çıkarmıĢtır !
Atomik Kuvvet Mikroskobu
*
NANOTEKNOLOJĠ - GELECEĞĠN TEKNOLOJĠSĠ
Bilim ve teknolojideki temel ilerlemeler her yüzyılda iki kere gerçekleĢir ve
büyük bir güç yaratılmasına yol açar.
2015 Dünya Pazarı
Toplam nanoteknoloji pazarının 2015 yılında 1 trilyon doları aĢacağı beklenmektedir.
Milyar ABD Doları
En Çok Nanoteknoloji Patenti Alanlar
No.
Kurum
Adet
1
L’Oreal (cosmetics)
266
2
International Business Machines(IBM) (technology)
125
3
Regents of the University of California
107
4
Eastman Kodak Company (photo images)
84
5
Massachusetts Institute of Technology (MIT)
79
6
Henkel Kommanditgesellschaft (home/pers. care)
76
7
Japan S&T Corp. (government-sponsored agency)
76
8
BASF Aktiengesellschaft (chem/mat)
66
9
Allied Signal (chem/mat., now part of Honeywell)
65
10
Micron Technology, Inc. (semiconductors)
62
Türkiye’de Nanoteknoloji - Üniversiteler
 Anadolu Üniversitesi
 Ġleri Teknolojiler Araştırma Birimi
• Nanoteknoloji Alt Birimi
• 2005 – 2006 öğretim yılında Nanoteknoloji Yüksek Lisans eğitimine
başlandı.
 Orta Doğu Teknik Üniversitesi
 Nanoteknoloji ve Nanobiyoteknoloji Araştırma Merkezi
 Bilkent Üniversitesi
 Bilkent Ulusal Nanoteknoloji Merkezi
 Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
 Nanoteknoloji Merkezi
Türkiye’de Nanoteknoloji – ġirketlere Örnekler
 Yaşar Holding (Dyo): Solmaya, kirlenmeye dirençli, kendini
temizleyen nanoteknolojiye sahip akıllı boya üretti.
 Arçelik: Eylül 2003’te koku filtreli hijyen uygulaması ile
nanoteknoloji ürünü buzdolabını üretti ve Temmuz 2004’ te yine
nanoteknoloji ürünü olan tam koruma üçgenli multihijyen
buzdolabını pazara sundular.
 Yeşim Tekstil: Kolay ütülenen, çabuk kuruyan ve leke tutmayan
akıllı kumaşlar üretti.
 Zorlu Enerji: Evlerde elektriği kendinizin üretebilmesine imkan
sağlayan bir aletin prototipini geliştirdi.
Ürünlerinde yenilik yaratmak için nanoteknoloji çalıĢan Ģirketler
Kaynak: Lux Research Reference Study “The Nanotech Report”
Günümüz nanoteknoloji uygulamalarında kaplamalar ve kompozit
malzemeler ağırlıkta
Kaynak: Lux Research Reference Study “The Nanotech Report”
http://www.nanoworldusa.com
Bayanlar için
nano…
Nanotüpler ile
güçlendirilmiş
raket
Leke tutmayan
ve buruşmayan
kumaş
Eskimeyen
ayakkabılar
Slayt - Kaynak: Prof. Dr. Ekmel Özbay, Bilkent Üniversitesi
Kendi kendini
temizleyen ve ışığı
ayarlayan gözlükler
Kırışıklık önleyici
krem
Daha iyi güneş
kremi
Koku gideren
çoraplar
Ve baylar için!!
Su tutmayan
kumaş
Vücut ısıtıcı
Akıllı yelek
Yakıt katkıları
Kendini temizleyen
yüzeyler
Nanosensörler
Slayt - Kaynak: Prof. Dr. Ekmel Özbay, Bilkent Üniversitesi
Doğada Nano - 1
Geko Nasıl Tutunur?
Her biri 200 nm kalınlığında milyonlarca
kıl, yüzlerce uca ayrılıyor.
Geko’nun
parmakları
Parmaklardaki
mikro-kıllar
Mikro-kıllardaki
nano-kıllar
National Geographic Türkiye, Haziran 2006
Doğada Nano - 2
KELEBEK KANADI
Bir kelebeğin kanatlarında yer alan renk çeĢitliliği, kanat üzerinde
bulunan doğal nanofotonik kristallerden kaynaklanır.
Boya ve kozmetik uygulamaları, düz ekran göstergeler, lazerler, Internet
ve bilgisayar hızlarının arttırılması
Doğada Nano - 3
LOTUS YAPRAĞI
Süperhidrofobik yüzeyler
NANOTEKNOLOJĠ
Nanoaygıtlar
Nanomalzemeler
• Nano Türk Bayrağı
• Boyalar
• Nano Gitar
• Kaplamalar
• Nano Araba
• Antibakteriyel Ürünler
• Mikromakineler
• Akıllı KumaĢlar
• Benzin
NANO AYGITLAR
Dünyanın En Küçük Türk Bayrağı üretildi!
Üniversiteler arası 'nanoteknoloji' yöntemiyle en küçük Türk bayrağı üretme yarıĢı!
 4 mikrometre büyüklüğünde Türk bayrağı, Bilkent Üniversitesi
Silikon üzerine oksidasyon ile
nanolitografi
 1.5 mikrometrelik Türk bayrağı, Ġzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
 750 nanometre büyüklüğünde Türk bayrağı, Ġzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Nano Gitar – Nanoboyutlu Elektronik Aygıt Üretmek İçin Yeni Bir Teknoloji
Dünyanın en küçük silikon mekanik aygıtları
Cornell Üniversitesi’ nde üretildi.
Dünyanın en küçük gitarı, 10 m
uzunluğunda ( tek bir hücre boyutunda)
ve 6 telin her biri 50 nm genişliğinde.
50 nm genişliğindeki tel 2 m’lik boşlukta bir
baştan diğer başa asılmış. Bu, silikon
içerisinde asılmış bilinen en küçük yapıdır.
www.nanotech-now.com/nano-this-nano-that.htm
Nano Araba
(4x3nm)
 James Tour ve ark., Rice Üniversitesi, Nature
 Bir altın plaka üzerinde bir elektrik alan uygulandığında ve plaka 200C’ ye
ısıtıldığında tekerleklerini C60 moleküllerinin oluĢturduğu arabanın hareket
ettiği gözlenmiĢ.
 Tekerleklerin gerçekten eksenleri etrafında döndüğü arabanın belli bir etki
altında sadece ileri geri hareket edip yanlara hareket etmediklerini
gözlemekle ispatlanmıĢ.
Nano araba, bir kargonun (moleküllerin, nanopartiküllerin) bir yerden
alınıp baĢka bir yere taĢınması, nanomalzemelerin montajı ve moleküler
elektronik gibi uygulamalarda kullanılabilir.
MĠKRO MAKĠNELER
www.zyvex.com
www.imm.org
www.imm.org
www.zyvex.com
Moleküler seviyedeki bu tasarımlardan sol üstteki bir rulman, sağ
üstteki basit bir pompa, sol alttaki moleküler birleştirme için hareket
kontrolcüsü ve sağ alttaki ise mikron boyutlarında bir dişlidir.
NANO MALZEMELER
Nanoteknoloji ve Boya
Klasik yöntemlerle bina temizliği
Kendi kendini temizleyebilen bina yüzeyleri
Fotokatalitik Özellik Nedir?
Doğal güneş ışığından alınan UV
ışınları
ile
oksijen
ve
nano
partiküllerden oluşan özel bir
kaplama
arasında
oluşan
kimyasal reaksiyon sonucunda
yüzeydeki
kirlerin
yok edilmesidir.
parçalanıp
Boya ve Kaplamalarda Nanoteknolojinin Avantajları
 Çizilmeye karĢı direnç
 Kendi kendini temizleyebilme
 Korozyona direnç (30 yıl)
 Çok ince kaplamalarla bile çok uzun yıllar boyunca dayanıklılık
 Homojen bir ısı dağılımı sağlar
 GüneĢ enerjisini depolayarak bununla enerji sağlar
 Yanmayı geciktirme
 GeliĢtirilmiĢ mekaniksel, optik ve elektriksel özellikler
 UV ıĢınlarına dayanıklılık
 Yüzey özelliklerini kontrol
 Antibakteriyel özellik
Su ve kir tutmayan kendi kendini temizleyen akıllı yüzeyler
Yosun ve deniz hayvanlarının tutunamadığı boyalar ve yüzeyler
Lotus (nilüfer) çiçeğinin yaprakları özel bir yüzey
yapısı nedeniyle her zaman temiz ve kurudur. Bu
nedenle nerdeyse hiç kir tutmaz, yağmur ve
rüzgarla kiri ve toz rahatlıkla temizlenir.
Nanoteknoloji var
Nanoteknoloji yok
Akaryakıtta Nanoteknoloji
• Ağustos 2006, Petrol Ofisi – Oxonico ġirketi
EnviroxTM (Dizel Katalizörü)
• 10 nanometre boyutunda seryum oksit partikülleri
• Yüksek yüzey alanı
• Yakıta çok az miktarda (5 ppm) ilave edilir
• Yanma prosesini modifiye eder, karbonun yanma sıcaklığını
düĢürür (karbonun yanması motorun temizlenmesini sağlar)
• Yakıt tüketimini azaltır (yakıtta %10 tasarruf sağlar)
• Zararlı egzoz emisyonlarını azaltır
• Motorda değiĢiklik yapmaya gerek yok
Gören, duyan ve hisseden kumaĢlar:
Çok ince ve hafif fiberler üzerinde üretilen ıĢık, ısı ve titreĢim algılayıcıları,
kumaĢ halinde dokunabiliyor. Algılama elementleri kumaĢ üzerinde her
bölgeye dağıtıldığından, yüksek çözünürlük elde edilebiliyor.
MIT*’ te geliştirilen bir yöntemle üretilen fiber tabanlı detektörler; ölümleri
azaltacak askeri elbiselerin, hissedebilen robot uzuvlarının, deprem tespiti
yapabilecek aygıtların tasarımında kullanılacak.
*Dr. Mehmet Bayındır (Bilkent Üniversitesi) ve ark.’nın bir çalışması
Akıllı üniforma:
• Düşman askeri lazer silahıyla nişan
aldığında haber verecek,
• Enerjiye ihtiyacı olduğunda güneş pili
gibi çalışacak,
• Zehirli biyolojik ve kimyasal gazları
tespit edecek,
• Gece karanlığında kendi askeri
tarafından tanınabilecek,
• Aynı zamanda çok hafif ve ucuz
olacak.
Bu akıllı elbiselerin yakın bir
gelecekte kullanılmaya baĢlanılması
bekleniyor.
Dr. Mehmet Bayındır, MIT
Nanotıp
KARBONUN ÇEġĠTLĠ YAPILARI
- Grafit http://www.ifres.ch/Homepage/DB/Diss_Mauron.pdf
www.stroyinvest-diamond.ru/ images/resh2.gif
- Elmas -
KARBONUN ÇEġĠTLĠ YAPILARI
‘Fullerene’
• Dr.Richard Smalley
‘Karbon Nanotüp’
• Sumio Iijima, 1991
• Benzersiz özellikler
• Tek boyutlu yapı
http://www.nanotech-now.com/nanotechnology-art-gallery/htm
Karbon Nanotüpler (CNT)
Karbon nanotüp, grafitin bal peteğini andıran atom düzleminin
bir silindir etrafında sarılmış şekli olarak düşünülebilir.
www.nanotech-now.com
KARBON NANOTÜPLER
Karbon nanotüplerin çapı
insan saç telinin çapından
yaklaşık  50.000 kat daha
küçüktür!
 2 nm
 100 m
Karbon nanotüplerin yalnızca 1 gramı bir futbol sahası büyüklüğünde bir
alana yayılabiliyor!
KARBON NANOTÜPLERĠN ÖZELLĠKLERĠ
 Düğüm yapılabilecek kadar esnek malzemelerdir
 Isıl iletkenlikleri, en iyi ısıl iletken olan elmasın 2 katıdır
 En iyi yüksek mukavemetli çelik alaĢımından 30 kat daha güçlüdür
 Bakır telden 1000 kat daha fazla elektrik taĢıyabilir
 Yoğunluğu, en hafif malzemelerden olan aluminyumun yarısı kadardır
KARBON NANOTÜP UYGULAMA ALANLARI
 Kompozit malzemeler
 Karbon nanotüp düz ekran televizyonlar
 KurĢun geçirmeyen kumaĢlar, nanotext denilen
bakteri tutmayan kumaĢlar
leke ve
 Ortamda bulunan zehirli gazları algılayabilen gaz detektörü
 Hidrojen depolama ve yakıt hücresi
 Nanomıknatıs, yüksek yoğunluklu bilgi depolayan küçük
ölçekli sabit disk ve deformasyon ölçmeye yönelik ölçü aletleri
NANOELEKTRONİK
 Kalıcı bilgisayar belleği
Nanoboyutlu yapıların veri depolama kapasitesi mevcut hafıza
aygıtlarından 10 – 100 kat daha fazladır.
 Nanoelektronik diyotlar ve transistörlerden entegre devre
Karbon nanotüp transistörler geleceğin ultra hızlı ve küçük
bilgisayarlarının yapıtaşları!

Uzay Asansörü
3 mm çapındaki bir karbon nanotüp kablo 41 ton yükü deforme olmadan
taşıyabiliyor!
• Dünyadan uzaya uzanacak olan
yaklaĢık 100.000 km uzunluğunda
bir kablo
NASA bu projeyi hayata geçirmek için uygun bir teknoloji arayıĢında
“Nanoteknolojinin etkilemeyeceği bir endüstri
kolunu düşünebilmek neredeyse imkansız.”
David Bishop, Bell Laboratuvarları, Lucent
Technologies